面向可穿戴生理檢測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS路由研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)作為新興的網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)，逐漸滲透進(jìn)入多元化的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。生物和生理傳感器、低功耗集成電路、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及無線通信等技術(shù)的發(fā)展，使得可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)在人體生理監(jiān)測領(lǐng)域日益得到廣泛的研究和應(yīng)用。
　　 醫(yī)療健康監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用特性要求對生理監(jiān)測可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service)中的傳輸延時、可靠性等方面嚴(yán)格要求。而且人體的移動

2、和周圍環(huán)境的變化使得可穿戴WSN具有很強(qiáng)的動態(tài)性，對其傳輸協(xié)議尤其是路由協(xié)議的設(shè)計(jì)帶來很大的挑戰(zhàn)。
　　 本文以生理監(jiān)測可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動態(tài)環(huán)境下保證可靠實(shí)時等網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)質(zhì)量為目的，對經(jīng)典的收集樹協(xié)議(Collection Tree Protocol，CTP)進(jìn)行改進(jìn)，引入了Pareto多目標(biāo)優(yōu)化方法和蟻群算法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)可靠性和實(shí)時性多目標(biāo)優(yōu)化路由協(xié)議，經(jīng)過仿真評估，證明其性能達(dá)到了研究目標(biāo)。
　　 首先，

3、調(diào)研了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，針對可穿戴系統(tǒng)的需求和特點(diǎn)，研究討論了現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特點(diǎn)和缺陷，深入分析了可穿戴的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性和需求，并對可穿戴WSN進(jìn)行了總計(jì)設(shè)計(jì)。
　　 其次，在收集樹協(xié)議CTP的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出了基于Pareto多目標(biāo)優(yōu)化的路由協(xié)議MO-CTP。在鏈路質(zhì)量評估階段，進(jìn)行單跳鏈路的多參數(shù)性能評估。在路由建立階段，建立Pareto最優(yōu)多路徑路由表，并基

4、于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性和可靠性指標(biāo)，篩選多路徑路由。與CTP協(xié)議相比，MO-CTP協(xié)議不僅在傳輸路徑選擇上具有更強(qiáng)的適用性和靈活性，而且滿足了生理檢測上實(shí)時可靠等多目標(biāo)傳輸性能需求。
　　 再次，在協(xié)議MO-CTP的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出了基于蟻群算法的路由協(xié)議AMO-CTP。在路由選擇階段，根據(jù)多路徑路由和概率路由相結(jié)合的策略選擇傳輸路徑；在路由維護(hù)階段，在MO-CTP的路由表中增加信息素濃度地址字段，通過信息素濃度揮發(fā)、增強(qiáng)等機(jī)制

5、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)的變化。Matlab仿真表明，該路由協(xié)議不但是可行的，隨著拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，尋找的較優(yōu)路徑也隨著改變，得到的解更為合理。
　　 最后，基于層次化面向?qū)ο驪etri網(wǎng)建模工具，進(jìn)行了對可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議驗(yàn)證和分析。通過對MO-CTP的HOCPN仿真模型，對該協(xié)議的有界性、活性、回復(fù)性和公平性等進(jìn)行形式化分析，驗(yàn)證該協(xié)議的正確性。
　　 論文的研究成果為面向社區(qū)、醫(yī)院、敬老院等區(qū)域人群的可穿戴生理監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的